Imagem superior: Dois milhos alojados com as raízes arrancadas do solo. Imagem inferior: Um milho alojado em um campo.
Plantas de milho alojadas. Imagens de RL (Bob) Nielsen, Purdue University.

Os ventos fortes podem derrubar as plantas cultivadas, um processo chamado de acamamento. Isso os torna difíceis de colher e pode reduzir o rendimento do milho em 3-25%. Embora o milho tenha raízes de suporte especializadas que ancoram o caule e evitam o acamamento, não está claro até que ponto as raízes de suporte e o sistema radicular contribuem para a resistência ao acamamento devido ao grande número de fatores envolvidos no acamamento. Um método recém-desenvolvido para quantificar rapidamente o efeito das raízes do suporte no movimento do caule quando submetido a cargas dinâmicas.

Shaymaa Obayes, Assistente de Pesquisa de Pós-Graduação no departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Delaware e colegas avaliou uma nova técnica para medir o deslocamento da raiz e do caule do milho submetido ao vento usando medições baseadas em vídeo.

Três meses após o plantio, 4 plantas na parte mais central da área de 60 pés por 30 pés foram selecionadas para teste. Essas plantas foram então submetidas ao vento usando um ventilador de alta velocidade.

Um gráfico da configuração do campo experimental mostra um ventilador soprando vento em quatro plantas de milho. Cada planta tem 5 pontos-alvo destacados na mesma altura ao longo do percurso e caule. Duas câmeras captam seu deslocamento e essa informação é alimentada a um sistema de gerenciamento digital representado por um computador.
Configuração experimental para a estação de monitoramento dinâmico usada para captura de vídeo.

O deslocamento da haste foi determinado de várias maneiras:

  1. resolvendo equações teóricas baseadas em mecânica de engenharia, retratando o comportamento de flexão do milho como uma viga em balanço com base na viga de Euler-Bernoulli,
  2. usando a equação acima e adicionando um termo para a rotação da haste,
  3. empregando um modelo de elementos finitos baseado em física gerado usando o software ABAQUS, e
  4. campo testando uma nova abordagem usando algoritmos de correlação de imagem digital para monitorar dinamicamente o deslocamento.

Para empregar a abordagem de correlação de imagem digital, câmeras foram usadas para capturar o deslocamento bidimensional de alvos anexados ao longo do caule e da raiz do suporte. Obayes explica a importância dessa nova técnica: “Usar um ventilador de alta velocidade em combinação com a correlação de imagem digital para capturar deformações dinâmicas sem contato é um avanço importante porque permite que os pesquisadores monitorem com precisão deformações relativamente pequenas sem destruir o estrutura ou componente. Além disso, os usuários podem pós-processar os dados usando a imagem baseada em vídeo para medir as características da planta quase instantaneamente, sem grandes esforços. Foi importante investigar a modelagem estrutural das raízes de suporte e o comportamento do sistema radicular quando submetido a cargas dinâmicas como o vento, uma vez que o milho na fazenda está sujeito a carga dinâmica.” A maioria das pesquisas sobre mecânica de hastes emprega um único ponto de aplicação de força estática.

Um gráfico mostrando a altura do caule no eixo X e o deslocamento horizontal em polegadas no eixo Y. A localização da altura na haste varia de 2 a 17.5 polegadas. O deslocamento horizontal varia de zero a 1.6 polegadas. Os dados do método de correlação de imagem digital se aproximam da equação teórica da mecânica de engenharia que inclui a rotação. Os valores da versão 1 do modelo de elementos finitos são precisos na parte inferior da haste, mas são maiores do que os valores de correlação da imagem digital acima de 12 polegadas. Todos os valores da versão 2 do modelo de elementos finitos e da equação teórica da mecânica de engenharia sem rotação são maiores que os valores de correlação da imagem digital.
Deslocamento horizontal versus comparação da altura do caule para uma única planta usando várias técnicas.

Os autores encontraram uma concordância de 90% entre o modelo de elementos finitos e os valores de deslocamento baseados em imagens digitais. A concordância com a equação teórica que inclui rotação na haste e os valores baseados em imagens digitais em comparação com a equação teórica sem rotação destacam a importância de incluir a rotação nos cálculos.

Essa abordagem pode ser usada para desenvolver estratégias de reprodução direcionadas que fortalecem as plantas para resistir a padrões climáticos imprevisíveis e são mais resistentes ao alojamento.

LEIA O ARTIGO:

Shaymaa K Obayes, Luke Timber, Monique Head, Erin E Sparks, Avaliação dos Parâmetros da Raiz Brace e Seu Efeito na Rigidez do Milho, in silico Plants, 2022;, diac008, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac008